抗体及抗原的结构与功能关系

抗体及抗原的结构与功能关系赵颖，指导教师:杨俊年生命科学与工程学院2010级生物技术(201013064140)摘要:抗原是一类能够诱导机体免疫应答并能与相应抗体或T细胞受体发生特异性免疫的物质。这些物质对机体来说是外源的，即非自身的。但在特定条件下，机体某些自身成分也能被免疫系统当成抗原来识别。抗体是一种糖蛋白，存在于血清蛋白的Y-球蛋白组分中，故又称免疫球蛋白。抗原刺激机体产生免疫应答，抗体是体液应答的产物。抗体与抗原能特异性的非共价结合，引发一系列生物学效应。关键字:抗原抗体特异性免疫受体1抗体1.1免疫球蛋白指具有抗体活性的动物蛋白。主要存在于血浆中，也见于其他体液、组织和一些分泌液中。人血浆内的免疫球蛋白大多数存在于丙种球蛋白(Y-球蛋白)中。1.2免疫球蛋白分类免疫球蛋白可分为五类，即免疫球蛋白G(IgG)、免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白M(IgM)、免疫球蛋白D(IgD)和免疫球蛋白E(IgE)，IgG，IgA和IgM还有亚类°IgG，IgD，IgE均为单体，分泌液中IgA(SIgA)是双体，IgM是五聚体。1.3免疫球蛋白结构Ig分子的基本结构是由四肽链组成的，即由二条相同的分子量较小的轻链(L链)和二条相同的分子量较大的重链(H链)组成的。L链与H链是由二硫键连接形成一个四肽链分子，称为Ig分子的单体，是构成免疫球蛋白分子的基本结构。现已知5种免疫球蛋白中IgG、IgA和IgD的H链各有一个可变区(VH)和三个恒定区(CH1、CH2和CH3)共四个功能区°IgM和IgE的H链各有一个可变区(VH)和四个恒定区(CHl、CH2、CH3和CH4)共五个功能区。VL和VH是与抗原结合的部位，单体由一对L链和一对H链组成的基本结构，只有2个与抗原结合的位点，如IgG、IgD、IgE、血清型IgA;双体由J链连接的两个单体，有4个与抗原结合的位点，如分泌型IgA(SIgA)，所以SigA结合抗原的亲合力要比血清型IgA高。五聚体由J链和二硫键连接五个单体，如IgM。五聚体IgM理论上应为10个与抗原结合的位点，但实际上由于立体构型的空间位阻，一般只有5个结合点可结合。H和L链上都有可变区，同类重链和同型轻链的近N端约110个氨基酸序列的变化很大，其他部分的氨基酸序列相对恒定，据此可将轻链和重链区分为可变区(V)和恒定区(C)。VH和VI。各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序高度变化，称为高变区(HVR)或互补决定区(CDR)，分别为CDRl、CDR2和CDR3。CDR以外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，称为骨架区(FR)。VH和VI。各有113和107个氨基酸残基，组成4个FR(分别为FRl、FR2、FR3和FR4)和3个CDRs。VH和VI-中的各氨基酸可编号，一些保守的氨基酸都有其固定的编号位置，将不同序列和已编号的序列进行对比以后，在某个位置上多出来氨基酸编号为A、B、C等，如27A、27B、27C、106A等。VH和VL的3个CDR共同组成Ig的抗原结合部位，识别及结合抗原，并决定抗体识别的特异性。1.4免疫球蛋白的功能人体血清免疫球蛋白IgG是初级免疫应答中最持久、最重要的抗体，它仅以单体形式存在。大多是抗菌性、抗毒性和抗病毒抗体属于IgG，它在抗感染中起到主力军作用，它能够促进单核巨噬细胞的吞噬作用(调理作用)，中和细菌毒素的毒性(中和毒素)和病毒抗原结合使病毒失去感染宿主细胞的能力(中和病毒)。IgG在机体合成的年龄要晚于IgM，在出生后第3个月开始合成，3-5岁接近成年人水平。它是唯一能通过胎盘的Ig，在自然被动免疫中起重要作用。此外，IgG还具有调理吞噬和结合SPA等作用。IgA分血清型和分泌型两种，血清型多为单体，也有二聚体，分泌型的都是二聚体，且含有分泌片。血清型IgA可介导调理吞噬ADCC作用；分泌型IgA(SIgA)是机体粘膜防御系统的主要成分，覆盖在鼻、咽、气管、肠和膀胱粘膜的表面，它能抑制微生物在呼吸道上皮附着，减缓病毒繁殖，是粘膜重要屏障，对某些病毒、细菌和一般抗原具有抗体活性，是防止病原体入侵机体的第一道防线。外来抗原进入呼吸道或消化道，局部免疫系统受到刺激后，无需中央免疫系统的参与，自身就可进行免疫应答，产生分泌型抗体，即SIgA。已有研究证明，呼吸道分泌液中SigA含量的高低直接影响呼吸道粘膜对病原体的抵抗力，两者呈正相关。初乳中含有分泌型的sIgAoIgA的凝聚物可以通过经典途径激活补体°IgM是抗原刺激诱导体液免疫应答中最先产生的Ig，IgM不是细胞，但可结合补体，主要分布于血清中。由于IgM有较高的结合价，所以是高效能的抗生物抗体，其杀菌、溶菌、促吞噬和凝集作用比IgG高500-1000倍，IgM在机体的早期防御中起着重要的作用。2抗原2.1抗原(antigen,Ag)是一类能诱导免疫系统发生免疫应答，并能与免疫应答的产物(抗体或效应细胞)发生特异性结合的物质。抗原具有免疫原性和反应原性两种性质。2.2抗原的分类2.2.1按抗原性质可以分为完全抗原和不完全抗原2.2.2按抗原刺激B细胞产生抗体是否而要T细胞协助可分为胸腺依赖性抗原(TD-Ag)和胸腺非依赖性抗原(TI-Ag)。TD-Ag是指需要T细胞辅助和巨噬细胞参与才能激活B细胞产生抗体的抗原性物质。TD抗原免疫应答特点:能引起体液免疫应答也能引起细胞免疫应答;产生IgG等多种类别抗体;可诱导产生免疫记忆。TI-Ag是指无需T细胞辅助可直接刺激B细胞产生抗体的抗原，其特点是，只能引起体液免疫应答;只能产生igM类抗体;无免疫记忆。2.2.3抗原-抗原分子2.3抗原-结构抗原在化学结构上与机体自身不同，具有异物性：2.3.1异种物质。从生物进化过程来看，异种动物间的血缘关系越远，则免疫原性越强。如马的血清和各种微生物与人的血缘关系远，所以免疫原性强。而马的血清与驴、骡的血缘关系近，所以免疫原性相对就弱。2.3.2同种异体物质。如人的红细胞抗原物质和人的白细胞抗原等。2.3.3自身物质。自身物质一般不具免疫原性。有些物质如隐蔽的自身成分（眼晶体蛋白、精子等），在正常情况下与免疫系统是隔绝的。但是一旦屏障遭到破坏，这些物质进入血流，即可与免疫活性细胞接触而成为自身抗原异物。另外，自身物质在外伤、感染、药物和射线的影响下，其理化性质发生质的改变时，也可成为具有免疫原性的抗原物质。2.4抗原的功能2.4.1捕获与处理辅佐细胞可通过多种方法捕获抗原，例如吞噬作用（对同种细胞或细菌等大型颗粒）和胞饮作用（对病毒等微小颗粒或大分子）等。这种吞噬和吞饮作用无抗原特异性，可能的识别机制在于吞噬细胞与被吞噬颗粒之间的表面亲水性差异。另外还有受体介导的内摄作用，这是弱吞噬力的辅佐细胞捕获抗原的主要方式，例如B细胞可借助抗原受体（表面免疫球蛋白）与相应的抗原特异性结合，并将抗原内化处理。这些捕获方式与中性粒细胞的吞噬作用。抗原呈递细胞处理抗原过程示意图抗原处理(antigenprocessing)是指辅佐细胞将天然抗原转变成可被TH细胞识别形式的过程;这一过程包括抗原变性、降解和修饰等。例如细菌在吞噬体内被溶菌酶消化降解，将有效的抗原肽段加以整理修饰，并将其与MHC?类分子相连接，然后转运到细胞膜上。可与MHC?类分子结合的都是蛋白性抗原;多糖和脂类不易于MHC?类分子连接，难以被TH细胞识别，因而多不是良好的免疫原;但有时可以诱导抗体性免疫应答。2.4.2递呈抗原递呈(antigenpresentation)是辅佐细胞向辅助性，细胞展示抗原和MHC?类分子的复合物，并使之与TCR结合的过程。这个过程是几乎所有淋巴细胞活化的必需步骤。抗原递呈之前，经处理后的抗原肽段已经连接在MHC分子顶端的槽中，这个复合物便是TCR的配体。TCR与配体结合的精确模式尚未清楚，一个合理的说法是TCR中a和B链的V段接触MHC分子的a螺旋(形成MHC分子顶端槽的肽段)，使高可变的连接部(V-J及V-D-J)与抗原肽段相结合。这样保证了TCR识别抗原的特异性。超抗原的递呈有独特的模式，它不需要胞内处理，可以直接与MHC?类分子结合。超抗原不结合在MHC?类分子的顶端槽中，而是结合在槽的外侧;与TCR结合时，不结合其a链，只结合B链的V节段。超抗原对TCR和MHC?类分子的结合都非常牢固，象一支双向钩子将T细胞和辅佐细胞紧紧地连在一起，很容易使T细胞活化。另外，任何超抗原都只与含特殊B链V节段的TCR结合，这样的TCR约占外周T细胞总数的1%,10%，这一数字远远大于任何普通抗原所能识别